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来源:奇趣网

据英国《新科学家》杂志报道,国际空间站仍在建造之中,相比之下,有关微重力的研究已经有数十年历史了。下面是微重力研究史上一些最酷最炫的实验。

1.太空中的火焰



太空中的火焰(右)和地面上的火焰(左)

微重力能够产生更圆的温度更低的火焰。在这张对照图中,正常重力条件下产生的火焰(左侧)和微重力环境下的火焰(右侧)之间的区别可谓一目了然。与在地球上不同的是,微重力条件下的低密度热气体不会上升。其结果是,粒子从高温区向低温区扩散等其它过程占据了支配地位。在太空研究燃烧进一步揭示了有关这种现象的基本物理学原理,进而帮助研发用于未来太空探索任务的灭火技术。

2.失重下的液体对流



在没有重力的情况下,表面张力成为流体物理学的统治者。在这张在空间站拍摄的照片中,从金属环内钻出的水好像被一个看不见的勺子搅动。这种搅动效应是用一种光对水进行不均衡加热导致的。温度差异致使表面张力失衡,最终让水发生旋转。类似这样由表面张力触发的移动被称之为“马兰哥尼对流”,在地球上极为不明显,但还是可以在钢水冷却等环境下观察到。

3.沸石立方体晶体



在微重力环境下,晶体的体积变得更大。这张沸石立方体晶体的对比图就是一个最好证明,右侧体积更大的晶体便是处在微重力环境下。晶体在微重力条件下“长个”的原因在于:在液体中生长的晶体以溶解的物质为食,致使液体密度降低。

在地球上,低密度液体向上移动,在实验器皿内形成对流,对流产生裂缝并限制晶体体积。但在微重力条件下,这种效应并不存在。形成更大更纯净的晶体能够帮助科学家进一步了解晶体基本结构和特性。沸石上面布满微孔,可用于过滤和储存物质,例如用于未来燃料电池的氢。

4.鱼胚胎



图片展示的是日本青鳉胚胎。青鳉是世界上首批被用于研究胚胎在太空环境下发育的鱼类之一。1994年,青鳉搭乘“奋进”号航天飞机进入太空。重力在动物生命周期之初扮演怎样的重要角色仍旧是一个大谜团。在太空出生的青鳉长大后的体形与在地球上出生的同类类似。而对从老鼠到有爪蟾蜍的其它动物进行的实验显示,无重状态对它们的早期发育产生重要影响,很多实验动物出现了畸形。

5.经受太空辐射的“水熊”



在动物上演太空飞行过程中,重力消失并不是唯一一个发生变化的环境因素。身在太空中,它们必须经受更大剂量的太阳和宇宙辐射考验。虽然暴露在真空以及强辐射环境下,但青苔和细菌仍能够继续生存下去。

迄今为止,只有一种动物能够创造这种生命奇迹,它就是在显微镜下才能看到的无脊椎动物“水熊”,也被称之为缓步类动物。在2007年欧洲进行的一次火箭实验中,一些缓步类动物被暴露在太阳强紫外线辐射和太空真空环境下,其它一些成员则免受辐射侵害,只暴露在真空环境下。在辐射环境下,只有少数缓步类动物能够继续生存,而在真空环境下,幸存者的数量却比比皆是。

6.太空回旋镖试验



微重力环境下的各种演示让宇航员和地球上的普通大众分享兴奋之情,同时向人们展示物体的特性。2008年,日本宇航员土井隆雄上演了抛回旋镖一幕,验证回旋镖能否飞回自己手中。令人感到惊讶的是,他最终做到了。弯曲的回旋镖之所以能够沿环形线路飞行是由穿过空气时受力不均衡导致,而不是受重力影响。2009年初,另一位日本宇航员若田光一按照公众的建议完成了一系列任务,其中包括驾驶飞毯、叠衣服以及滴眼药水。

7.红色细菌——鼠伤寒沙门氏菌



失重状态可能让宇航员抵御感染的能力降低一倍。太空飞行会减弱免疫系统,同时让一系列细菌变得比在地球上更为可怕。2006年“亚特兰蒂斯”号航天飞机进行的一次太空飞行显示,图片中的红色细菌——鼠伤寒沙门氏菌让老鼠的致死率提高了近两倍。

此外,微重力环境同样会提高耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌毒性。金黄色葡萄球菌是一种耐抗生素“超级细菌”,是导致传染病的主要罪魁祸首。目前,一家名为“Astrogenetix”的公司正在研究这种毒性提高,希望能够通过隔绝与之有关的因素方式研发疫苗。

8.国际空间站物质实验箱



这个手提箱大小的试验设备看上去好像一个终极化妆箱,用于测试辐射对从陶瓷到孢子等一系列物质的影响。它是第一个国际空间站物质实验箱,于2001年被安装在空间站上。2009年9月1日,“发现”号航天飞机宇航员从空间站上拆除了第6组实验箱。美国宇航局最近一份有关空间站科学研究的报告指出,空间站物质实验箱可能是迄今为止安装在这个轨道前哨上的最为多产的实验设备。

9.迷你卫星



国际空间站扮演了一个主人的角色,“招待”众多迷你卫星以及足球大小的设备。所有这些均是同步位置保持、连通与再定向试验卫星(SPHERES)的组成部分。这个卫星“三重唱”用于测试允许卫星在最小化人为干涉情况下进行编队飞行的控制程序。卫星之间的这种合作能够成为功率强大的望远镜。更为强大的控制程序能够实现飞船的自动对接,这种能力可以在轨道组装设备过程中发挥重要作用。

10.研究微重力对宇航员的生理影响



太空研究的一个重要内容便是研究微重力对宇航员的生理影响。研究显示,自由下落能够影响宇航员对体积和距离的判断力,以及红细胞和肌肉质量减少。相比之下,骨骼将遭受最为严重的影响。

即时进行高强度锻炼,在太空飞行过程中,绝大多数人身体一些部位(例如臀部)的骨量每月平均也要减少大约1.5%左右,与绝经后女性一年内的流失量大致相等。研究人员正设法降低这种影响,其中一种方式就是利用垂直踏车模拟微重力环境。
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